高中物理 第1章 靜電場 第2節(jié) 靜電力 庫倫定律 理想物理模型法素材 魯科版選修3-1（通用）

理想模型法 通過建立模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質的方法稱為理想模型法。光線、磁感應線、質點、力的圖示、力的示意圖、彈簧振子、單擺、理想氣體、鋼體、點電荷、電路圖、手搖交流發(fā)電機、手搖交流發(fā)電機掛圖、將撬棒看做杠桿理想模型法是物理學中經常使用的一種研究方法。這種方法的主要特點是，它把研究對象所具有的特征理想化，也就是它突出強調了研究對象某方面的特征或主要特征，而有意識地忽略研究對象其他方面的特征或次要的特征。使用這種方法的根本目的在于，使人們能集中全力掌握研究對象在某些方面表現(xiàn)出的本質特征或運動規(guī)律。事實證明，這是一種研究物理問題的有效方法，也是我們理解有關物理知識的基礎。在光學研究中，常常使用這種方法。我們在黑暗的室內打開兩個手電筒，使兩個電筒發(fā)出的光束在空中交叉后射到墻上。你會看到墻壁上有兩個手電筒照出的亮斑，這兩個亮斑的大小和亮度決不會因為光束的交叉而與一手電筒單獨照射時有什么不同。對這種現(xiàn)象我們早已習以為常，但是你能不能由此想到“光究竟是一種具有什么特性的東西呢”？這可是一個大問題。為了解決它，不少科學家付出了巨大的努力，他們也因此成為名垂青史的科學巨匠。英國科學家牛頓曾經通過研究光的直線傳播特征、光的反射規(guī)律，提出了光的微粒學說。他認為光是由光源發(fā)出的一系列連續(xù)的實物微粒流，這些微粒射到介質的交接面上時就會像球撞到地面上一樣發(fā)生反射。牛頓的光的微粒說，就是關于光的一種理想模型，這個模型有利于人們理解和把握光的直線傳播和反射的規(guī)律性。和牛頓同時代的另一位荷蘭物理學家惠更斯則鑒于前述交叉光束互不相干等特性的事實，提出了光是波動的理論。我們知道，讓鑼與鼓同時發(fā)出的聲音在空中傳播、相遇，這對聽聲音的人來說，與鑼、鼓單獨發(fā)聲時沒有什么兩樣；往平靜的的湖面上相距不遠的兩處同時投下小石塊，你會看到水面上的水波紋擴大、相遇、分離的過程，這兩組水波相遇后又分離開單獨傳播的情景與沒有同另一組波相遇時一樣。聲音是波，水波也是波，即使相遇了也互不干擾，仍能“獨立傳播”，這是波具有的特性。因為微粒流在空間相遇時，必然產生相互作用，要它們獨立傳播、互不干擾是不可能的。所以，惠更斯提出了“光的波動說”，他還用波動說解釋了光的直線傳播、反射、折射等現(xiàn)象?？梢哉f，光的波動說同樣也是一種關于光的理想模型?，F(xiàn)代的科學實驗和理論揭示了光的復雜的性質，指出光是一種具有“波粒二象性”的特殊的物質。這里所謂的“波”和“?！币讶徊皇腔莞购团ｎD那個時代的含義了。由于同學們掌握的知識還不太多，更深層的含義暫時還無法解釋，這里就不多說了。但是可以肯定地說，企圖用我們日常在宏觀世界中的所見所聞去構建光的模型是完全不可能的。盡管如此，科學家們還是不斷地努力探索和研究并試圖建立起只有在微觀世界中才可能存在的光的模型，希望把已知的光的各種性質和行為都納入這一模型中，建立起一種完全、自恰、科學的理論。這種努力在指導人們繼續(xù)深入探索光的本性，以及制造新型光源和開辟現(xiàn)代光學新領域諸方面都取得了豐碩的成果。在初中我們學習的光學知識，基本上都是從實驗事實當中總結出來的有關光傳播的規(guī)律，并沒有涉及光的本性問題。例如，我們認為光在同一種均勻媒質中完全按照直線傳播的想法，其實就是在忽略了光的波動性這一基礎理論構建起來的“理想情況”。